华北电力大学自动化系自动化1004课程设计报告( 2012- 2013 年度 第 1 学期)名 称： 自动控制理论课程设计 题 目：基于自动控制理论的性能分析与校正 院 系： 自动化 班 级： 自动化1004 学 号： 201002020416 学生姓名： 王桐 指导教师： 孙海蓉 设计周数： 1周 成 绩： 日期： 2012 年 12 月 31 日一、课程设计的目的与要求1 正文为宋体，五号字 行间距为21 11 -12 -（请按任务书写，把任务书考过来，从第三行开始考）二、设计正文1 正文为宋体，五号字 行间距为21 11 -12 -（包括题目，解题过程即程序，结果即打印曲线）三、课程设计总结或结论1 正文为宋体，五号字 行间距为21 11 -12 -四、参考文献1 作者1, 作者2. 书名. 出版单位, 版本. 出版日期自动控制理论课程设计一、 设计题目基于自动控制理论的性能分析与校正二、 目的与要求本课程为自动控制理论A的课程设计，是课堂的深化。设置自动控制理论A课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。三、 主要内容1前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。2控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。3控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。4控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。5控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。6控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。四、 进度计划序号设计内容完成时间备注1基础知识、数学模型2012-1-312时域分析法、频域分析2013-1-33根轨迹分析、系统校正2013-1-54整理打印课程设计报告2013-1-65答辩2013-1-6 自动控制原理课程设计论文正文目 录第一板块 前期基础知识 1第二板块 控制系统模型 1 1、有理数模型的建立 1 2、零极点模型 1 3、反馈系统结构图模型 2 4、Simulink建模方法 2 5、例1-1 4 6、例1-2 4第三板块 控制系统的时域分析 5 1、线性系统稳定性分析 5 2、系统动态特性分析 6 3、例2-1 9 4、例2-2 11第四板块 控制系统的根轨迹 10 1、理论分析 10 2、例3-1 11 3、例3-2 12第五板块 控制系统的频率分析 16 1、频率特性 16 2、用MATLAB作奈魁斯特图 17 3、用MATLAB作伯德图 17 4、用MATLEB求取稳定裕量 19 5、时间延迟系统的频域响应 19 7、例4-2 20 6、例4-1 22 第六板块 控制系统的校正 24 1、根轨迹串联超前校正，例5-1 24 2、根轨迹串联滞后校正，例5-2 29 3、频率串联超前校正，例5-3 33 4、频率串联滞后校正，例5-4 36第七板块 体会和心得 37第八板块 参考文献 38 本周，进行了自动控制原理的课程设计，在为时一周的课设中，我们主要练习了MATLAB的使用，这周时间内主要学习的内容分为：前期基础知识，控制系统模型，控制系统的时域分析，控制系统的根轨迹分析，控制系统的频域分析和控制系统的矫正六个板块：一、前期基础知识_关于MATLABMATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory），最初主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无需定义维数的矩阵。经过十几年的扩充和完善，现已发展成为包含大量实用工具箱（Toolbox）的综合应用软件，不仅成为线性代数课程的标准工具，而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。MATLAB最重要的特点是易于扩展。它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB函数（称为M文件），从而构成适合于其它领域的工具箱，大大扩展了MATLAB的应用范围。目前，MATLAB已成为国际控制界最流行的软件，控制界很多学者将自己擅长的CAD方法用MATLAB加以实现，出现了大量的MATLAB配套工具箱，如控制系统工具箱（control systems toolbox），系统识别工具箱（system identification toolbox），鲁棒控制工具箱（robust control toolbox），